RU183585U1 - Отопительное устройство на древесном топливе - Google Patents

Отопительное устройство на древесном топливе Download PDF

Info

Publication number
RU183585U1
RU183585U1 RU2017121196U RU2017121196U RU183585U1 RU 183585 U1 RU183585 U1 RU 183585U1 RU 2017121196 U RU2017121196 U RU 2017121196U RU 2017121196 U RU2017121196 U RU 2017121196U RU 183585 U1 RU183585 U1 RU 183585U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
wood
gas duct
heating device
additional gas
Prior art date
Application number
RU2017121196U
Other languages
English (en)
Inventor
Марк Семенович Солонин
Original Assignee
Марк Семенович Солонин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Марк Семенович Солонин filed Critical Марк Семенович Солонин
Priority to RU2017121196U priority Critical patent/RU183585U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU183585U1 publication Critical patent/RU183585U1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23BMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B10/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23BMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B60/00Combustion apparatus in which the fuel burns essentially without moving

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Solid-Fuel Combustion (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности к отопительным устройствам, в которых древесное топливо подвергается высокотемпературной газификации (пиролизу). Решаемой задачей, для достижения которой предлагается заявляемая полезная модель, является устойчивое и экологически чистое сжигание древесного топлива естественной (т.е. высокой) влажности. Технический результат достигается тем, что в состав устройства введен вертикально ориентированный дополнительный газоход, через который содержащаяся в топливе влага в виде водяного пара отводится из верхней части топливного бункера к факелу пламени в камере дожигания, при этом смешанный с водяным паром угарный газ сгорает и не попадает в атмосферу.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности - к отопительным устройствам, в которых твердое топливо растительного происхождения (дрова, отходы деревообработки, щепа, солома) подвергается высокотемпературной газификации (пиролизу) с последующим сжиганием пиролизных газов и угольного остатка.
Из существующего уровня техники известно отопительное устройство (котёл), содержащее объединенные общим вертикально ориентированным корпусом бункер для древесного топлива, камеру газификации (камера первичного горения) и камеру дожигания, состоящую из одного или двух отсеков, размещенных ниже или сбоку от камеры газификации (камеры первичного горения). По такой схеме выполнено абсолютное большинство серийно выпускаемых бытовых котлов на древесном топливе, например, изделия фирм ARCA, Astra, Atmos, Attack, Buderus, Cichewic, Guntamatic, Kalvis, Heiztechnik, Kostrzewa, Orlan, Solarbayer, Viessmann.
В таком устройстве продукты газификации древесного топлива, в том числе водяной пар, выделяющийся в верхней части топливного бункера, движутся сверху вниз и поступают в камеру первичного горения. При этом водяной пар препятствует эффективному смешению кислорода воздуха с горючими компонентами пиролизного газа, что делает процесс горения неустойчивым или вовсе невозможным. В результате все перечисленные выше отопительные устройства способны использовать в качестве топлива лишь древесину с влажностью не более 15-20%.
Это ограничение существенно усложняет и удорожает эксплуатацию отопительного устройства, т.к. древесина естественной влажности (например, свежеспиленные дрова) имеет влажность порядка 45-60%, и для использования её в качестве топлива требуется многолетняя сушка. Некоторые виды древесного топлива, например, щепу из свежеспиленных деревьев, невозможно высушить естественным путем (этому препятствует развивающийся процесс гниения сырой щепы), и поэтому использование его в бытовом отопительном устройстве становится невозможным.
Известно несколько технических решений, позволяющих использовать в качестве топлива для бытового отопительного устройства малой (20-100 КВт) мощности древесину высокой влажности. Принципиальной основой технического решения является создание и поддержание в камере газификации (камере первичного горения) высокой (700-800 и более градусов С) температуры, при которой водяной пар в контакте с раскаленным углем превращается в два горючих газа: водород и моноокись углерода (угарный газ). Для достижения такого температурного режима камера дожигания пиролизного газа размещена внутри камеры газификации (см. ЕР 2 821 698 А1), или камера дожигания пиролизного газа выполнена в виде кольца, концентрически окружающего камеру газификации (см. DE 3411822 А1 и RU 2578550 C1), или поток раскаленных продуктов сгорания, выходящих из камеры дожигания пиролизного газа, поднимается вверх и при этом омывает и нагревает боковые стенки камеры газификации (см. CZ 2008191 A3). Известно также отопительное устройство, в котором перечисленные выше приемы разогрева дополняются вдуванием в камеру газификации сильно нагретого первичного воздуха с большой скоростью (см. RU 164691 U1).
Недостатком таких конструкций является неизбежное в этом случае использование дорогостоящих материалов: жаропрочной стали и специальной жаропрочной керамики. Кроме того, многочисленные испытания показали, что даже использование всех перечисленных выше приемов разогрева зоны газификации (зоны первичного горения) не позволяет обеспечить устойчивое сжигание особо сложных видов древесного топлива, например, сырой свежерубленной щепы или сырых опилок.
Наиболее близким по техническому решению к заявляемому отопительному устройству является т.н. "топка скоростного горения Померанцева" (см. В.В. Померанцев, "Топки скоростного горения для древесного топлива", М., Машгиз, 1948 г.; Авторское свидетельство СССР № 50503, заявлено 19 мая 1936 г.). В верхней части топливного бункера (Померанцев называл его "топливной шахтой" или "топливным рукавом") было выполнено отверстие, через которое "влажный газ" под воздействием разрежения в выходном дымоходе отсасывался из топливного бункера и по специальному газоходу вместе с дымовыми газами выбрасывался в атмосферу.
Работоспособность такой конструкции основано на том, что водяной пар является самым легким компонентом газовой среды топливного бункера: он в 2,4 раза легче углекислого газа, в 1,6 раза легче азота и угарного газа (моноокиси углерода) и поэтому накапливается в верхней части топливного бункера. Прямое механическое удаление водяного пара из внутреннего объема бункера и камеры газификации является самым радикальным и одновременно простым и дешевым способом решения проблемы сжигания влажного топлива, и это является существенным преимуществом "топки Померанцева".
Неустранимым недостатком конструкции является то, что неизбежно присутствующие в смеси с водяным паром малые дозы продуктов пиролиза древесины, в том числе и угарный газ, также выбрасываются в атмосферу. В середине ХХ века на это не обращали внимания, но с тех пор требования к экологической чистоте отопительных устройств значительно ужесточились. Так, советский стандарт на дровяные печи 80-х годов (ГОСТ 9817-82) ограничивал допустимые выбросы угарного газа 4%, а современный стандарт Евросоюза EN 303-5 по 5-му классу требует сокращения выбросов угарного газа до 0,04%. Снизить выбросы угарного газа до такого уровня не всегда удается даже с использованием сложных по конструкции камер дожигания, и тем более невозможно уложиться в жесткие современные нормы, выбрасывая содержимое газовой среды топливного бункера напрямую в атмосферу.
Техническим результатом, для достижения которого предлагается заявляемая полезная модель, является устойчивое и экологически чистое сжигание древесного топлива естественной (т.е. высокой) влажности.
Указанный технический результат достигается тем, что в отопительном устройстве на древесном топливе, содержащем размещенные в едином вертикально ориентированном корпусе бункер для топлива и ниже него камеру газификации, камеру дожигания, а также воздуховоды подачи первичного и вторичного воздуха, емкость с водой, внутри которой размещен жаротрубный теплообменник, соединенный с выходным дымоходом
имеется по меньшей мере один вертикально ориентированный дополнительный газоход, верхнее отверстие которого находится в верхней точке внутреннего объема топливного бункера, а нижнее отверстие находится в той зоне камеры дожигания, где заканчивается горение факела пламени
В верхней части топливного бункера может быть установлена по меньшей мере одна газосборная воронка, верхняя точка которой соединена с верхним отверстием дополнительного газохода
В дополнительный газоход может быть врезан запорно-регулирующий кран
Дополнительный газоход может быть по меньшей мере частично размещен внутри емкости с водой, при этом в нижней точке размещенной в воде части дополнительного газохода имеется емкость для сбора конденсата с устройством для слива конденсата наружу из отопительного устройства.
Указанные конструктивные решения обеспечивают достижение заявленного технического результата и в своей совокупности не встречаются ни в одном из известных отопительных устройств на древесном топливе, таким образом, заявляемая полезная модель соответствует критерию новизны.
Заявляемое устройство может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных и традиционных для производства отопительных устройств технологических процессов и материалов. Таким образом, заявляемая полезная модель соответствует критерию промышленной применимости.
Конструкция заявляемого отопительного устройства поясняется эскизом фиг. 1, на котором изображен вертикальный разрез устройства в варианте исполнения с дополнительным газоходом, проходящим через емкость с водой.
Отопительное устройство содержит топливный бункер 1 с расположенной в нижней части бункера зоной (камерой) газификации 2, камеру дожигания 3, воздуховоды подачи первичного воздуха 4, воздуховоды подачи вторичного воздуха 5, емкость с водой 6, внутри которой расположен жаротрубный теплообменник 7, соединенный выходным дымоходом с дымососом 8. Дополнительный газоход 9, соединенный в своей верхней части с газосборной воронкой 10, проходит сверху вниз через емкость с водой и в нижней своей части соединен с емкостью для сбора конденсата 11.
Отопительное устройство работает следующим образом. Древесное топливо 12 (например, дрова или щепа естественной влажности) загружается в бункер 1 через загрузочный люк на боковой стенке бункера (на эскизе не показан). Под действием силы тяжести древесное топливо опускается вниз, последовательно проходя через зону сушки (верхняя часть бункера), зону сухой перегонки (нижняя часть бункера) и попадает в зону (камеру) газификации 2. В этой зоне топливо горит в первичном воздухе, поступающем через воздуховод 4.
Не успевшие сгореть в зоне первичного горения горючие газы, образовавшиеся в результате пиролиза древесины (водород, метан, угарный газ), поступают в камеру дожигания 3, где смешиваются со вторичным воздухом, поступающим через воздуховод 5, и сгорают в факеле 13. Раскаленные продукты сгорания 14 из камеры дожигания поступают в жаротрубный теплообменник 7, где передают свое тепло воде, находящейся в емкости 6, а затем через выходной дымоход с дымососом 8 выбрасываются в дымовую трубу (на эскизе не показана) и далее в атмосферу.
Испаряющаяся из сырой древесины влага в виде водяного пара отделяется от более тяжелых продуктов пиролиза древесины (углекислого газа, азота, угарного газа) и поднимается ("всплывает") в верхнюю часть топливного бункера 1, где через газосборную воронку 10 поступает в дополнительный газоход 9. Движение водяного пара сверху вниз по дополнительному газоходу 9 происходит под воздействием разрежения (перепада давлений), создаваемого дымососом 8 в камере дожигания 3; кроме того, движению пара сверху вниз по дополнительному газоходу 9 способствует разница в удельном весе пара, имеющего температуру 100-120°С, и продуктов сгорания в камере дожигания, имеющих температуру более 800-900°С. Отсутствие, или по крайней мере, значительное сокращение количества водяного пара, поступающего в зону первичного горения, способствует устойчивому горению древесного топлива. Газодинамическое сопротивление дополнительного газохода подбирается (выбором соответствующей площади поперечного сечения, длины, количества поворотов) таким образом, чтобы отсос водяного пара из верхней точки топливного бункера не препятствовал движению сверху вниз основной массы пиролизных газов, образующихся в средней и нижней части топливного бункера.
В представленном на эскизе варианте исполнения дополнительный газоход 9 проходит через емкость с водой 6 и в нижней своей части имеет емкость для сбора конденсата 11. Так как вода в нижней части емкости 6 при реальных режимах работы бытового отопительного устройства не нагревается до температуры выше 40-60°С, горячий водяной пар при движении внутри дополнительного газохода отдаёт свое тепло воде, при этом остывает сам и конденсируется (превращается в жидкость). Образовавшийся конденсат под действием силы тяжести стекает каплями вниз и накапливается в емкости 11, из которой периодически, по мере необходимости, удаляется через сливную трубку с запорным краном (на эскизе не показана). Конденсация позволяет сократить количество водяного пара, поступающего в камеру дожигания, что делает процесс дожигания более устойчивым. Кроме того, конденсация пара сопровождается выделением тепловой энергии, которая нагревает воду в емкости 6, что в конечном итоге приводит к повышению общего к.п.д. отопительного устройства.
Не успевший конденсироваться водяной пар через дополнительный газоход 9 подводится к конечной (по ходу движения горючих газов) точке факела 13. В этой зоне смешение горючих газов и вторичного воздуха уже полностью завершено, и поэтому появление здесь водяного пара не будет препятствовать процессу горения. Угарный газ, некоторое количество которого неизбежно будет присутствовать в потоке водяного пара, оказавшийся в зоне высоких (более 900 С) температур в наиболее нагретой части факела 13 сгорает во вторичном воздухе.
Полному дожиганию угарного газа способствует и водяной пар, который при высоких температурах вступает в реакцию с угарным газом по формуле: Н2О + СО = Н2 + СО2 . В результате реакции образуются два безвредных для здоровья человека газа (водород и углекислый газ). Эта реакция сопровождается выделением тепла, и таким образом нисколько не препятствует основному процессу горения в камере дожигания.
Кроме того, при высоких температурах водяной пар вступает в реакцию с мельчайшими частицами несгоревшего угля (сажи) и дожигает их по формуле: Н2О + С = Н2 +СО, а возникающее в результате реакции ничтожное количество угарного газа дожигается в описанных выше реакциях. Возможность уничтожения (дожигания) мельчайших частиц угля (сажи) весьма важна, т.к. по современным данным эти частицы являются сильным канцерогеном, и их содержание в дымовых газах жестко лимитируется. В наиболее современных отопительных устройствах, использующих в качестве топлива древесину очень низкой влажности (например, прессованные топливные брикеты или пеллеты), для дожигания частиц угля устанавливается специальное устройство впрыска воды в зону на выходе из камеры сгорания; в заявляемой конструкции это дожигание происходит естественным и простым путем.

Claims (4)

1. Отопительное устройство на древесном топливе, содержащее размещенные в едином вертикально ориентированном корпусе бункер для топлива и ниже него камеру газификации, камеру дожигания, а также воздуховоды подачи первичного и вторичного воздуха, емкость с водой, внутри которой размещен жаротрубный теплообменник, соединенный с выходным дымоходом, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один вертикально ориентированный дополнительный газоход, верхнее отверстие которого находится в верхней точке внутреннего объема топливного бункера, а нижнее отверстие находится в той зоне камеры дожигания, где заканчивается горение факела пламени.
2.     Отопительное устройство на древесном топливе по п.1, отличающееся тем, что в верхней части топливного бункера установлена по меньшей мере одна газосборная воронка, верхняя точка которой соединена с верхним отверстием дополнительного газохода.
3. Отопительное устройство на древесном топливе по п.1, отличающееся тем, что в дополнительный газоход врезан запорно-регулирующий кран.
4.     Отопительное устройство на древесном топливе по п.1, отличающееся тем, что дополнительный газоход по меньшей мере частично размещен внутри емкости с водой, при этом в нижней точке размещенной в воде части дополнительного газохода имеется емкость для сбора конденсата с устройством для слива конденсата наружу из отопительного устройства.
RU2017121196U 2017-06-16 2017-06-16 Отопительное устройство на древесном топливе RU183585U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017121196U RU183585U1 (ru) 2017-06-16 2017-06-16 Отопительное устройство на древесном топливе

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017121196U RU183585U1 (ru) 2017-06-16 2017-06-16 Отопительное устройство на древесном топливе

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU183585U1 true RU183585U1 (ru) 2018-09-26

Family

ID=63671381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017121196U RU183585U1 (ru) 2017-06-16 2017-06-16 Отопительное устройство на древесном топливе

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU183585U1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU191669U1 (ru) * 2019-01-23 2019-08-15 Марк Семенович Солонин Устройство для сжигания влажной древесины
RU2788511C1 (ru) * 2022-02-28 2023-01-20 Вадим Сергеевич Рыжов Камин длительного горения

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU50503A1 (ru) * 1936-05-19 1936-11-30 В.В. Померанцев Шахтна топка
RU2425282C2 (ru) * 2006-01-11 2011-07-27 Санмашине Гмбх Блочная тепловая электростанция на древесных топливных гранулах
RU164691U1 (ru) * 2015-08-15 2016-09-10 Марк Семенович Солонин Пиролизное отопительное устройство

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU50503A1 (ru) * 1936-05-19 1936-11-30 В.В. Померанцев Шахтна топка
RU2425282C2 (ru) * 2006-01-11 2011-07-27 Санмашине Гмбх Блочная тепловая электростанция на древесных топливных гранулах
RU164691U1 (ru) * 2015-08-15 2016-09-10 Марк Семенович Солонин Пиролизное отопительное устройство

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU191669U1 (ru) * 2019-01-23 2019-08-15 Марк Семенович Солонин Устройство для сжигания влажной древесины
RU2788511C1 (ru) * 2022-02-28 2023-01-20 Вадим Сергеевич Рыжов Камин длительного горения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4254715A (en) Solid fuel combustor and method of burning
AU2012251179B2 (en) A combustion system
CN105588127B (zh) 采用生物质气化装置的锅炉燃烧系统
Kumar et al. Comparative study of effect of different parameters on performance and emission of biomass cook stoves
RU185863U1 (ru) Отопительное устройство
RU183585U1 (ru) Отопительное устройство на древесном топливе
CN112097279A (zh) 一种烟气净化燃烧装置
CN204490820U (zh) 生物质气化炉烟气自净化装置
CN103615712A (zh) 大型生物质气化炉燃烧器
US20200158375A1 (en) Heating Device Using Wood Fuel
RU89670U1 (ru) Устройство для утилизации влажных отходов, содержащих органические материалы
WO2015023169A1 (ru) Бытовой котел, работающий на твердом топливе различной степени влажности
CN201697112U (zh) 燃烧生物质燃气的锅炉
CN203571714U (zh) 大型生物质气化炉燃烧器
CN206709083U (zh) 一种垃圾热解气化焚烧炉
RU183190U1 (ru) Водогрейный твердотопливный котел длительного горения
RU144007U1 (ru) Котёл для получения тепловой энергии из топлива, содержащего птичий помёт
RU191669U1 (ru) Устройство для сжигания влажной древесины
RU2162566C1 (ru) Установка для сжигания твердого топлива
RU205811U1 (ru) Устройство для сжигания влажной щепы
RU2549947C1 (ru) Установка и способ утилизации биомассы
CN103517969A (zh) 由褐煤来生产碳和可燃气体
RU2454601C1 (ru) Установка на древесном или торфяном топливе для выработки тепловой энергии и горячей воды
CN106594747A (zh) 改进的无害化垃圾焚烧炉
CN104711029A (zh) 生物质气化炉烟气自净化工艺

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200617